基于深度学习的电解电容识别与极性检测

针对工程中印刷电路板(PCB)上的电解电容不易识别、极性难以检测的问题,研究了一种基于深度学习的电解电容识别与极性检测方法。对于电容检测问题,提出了一种基于YOLOv5的改进算法,该算法在YOLOv5的骨干(backbone)融合Swin Transformer模块,提升模型的特征提取能力,在颈部融合了双向金字塔网络(BiFPN)模块,提高了网络的特征融合能力;对于电容极性检测,提出了一种语义分割结合形态学处理的方法,该方法能够分割电容基圆区域与极性区域然后有效检测电解电容的极性方向。实验结果表明,电容的识别精度达到96.9%,电容的分割精度达到93.9%,极性方向检测准确率达到99.1%,相比于目前电解电容极性检测较好的方法,所提方法有较好的鲁棒性,满足检测需求。

基于深度学习的电解电容表面视觉检测

在工业环境下的电解电容检测中,由于光照不均和其他噪声干扰,单步骤多盒探测器(single shot multibox detector,SSD)算法易出现检测效果不佳、漏检率高等问题。为提高电解电容检测的准确性,在原SSD算法的基础上提出一种基于深度学习的第3版轻量级网络的单步骤多盒探测器(mobile networks version 3-single shot multibox detector,MobileNetV3-SSD)算法。采用改进的视觉几何群网络(visual geometry group networks 16,VGG16)模型提取输入图像的特征信息,并利用网络中4个有效的特征图生成目标的众多先验框,经非极大值抑制(non maximum suppression,NMS)进行筛选确定边框位置,从而完成电容的表面识别。本算法还引入了迁移学习提高了算法模型本身的稳定性和泛化能力。相比于SSD和快速区域卷积神经网络(faster region convolutional neural networks,Faster R-CNN)算法,文中的算法识别精度和运行速度都得到了提升,平均精度达92.71%,耗时仅为25 ms,为电解电容的出厂检测提供很好的技术支持。

一种反激式无电解电容LED驱动电路

针对电解电容制约LED驱动电源寿命的问题,提出一种反激式无电解电容LED驱动电路。该电路拓扑由反激电路和辅助电路组成,反激电路用于实现高功率因数及输出恒流,辅助电路由辅助开关管、储能电容和辅助二极管组成,用于平衡脉动形式的输入功率和平直输出功率的差值。详细介绍了所提电路的工作原理,给出了电路关键参数的设计过程,并对电路进行了仿真与分析,最后研制了一台30W的无电解电容LED驱动电源原理样机,实验结果验证了所提电路的可行性。

电解电容在轨道交通车辆中的应用及其寿命计算

针对某轨道交通线路中牵引系统频繁出现电解电容鼓包、失效的现象,阐述了电解电容对驱动电路寿命的影响。在对牵引系统中驱动电路的试验分析和电解电容理论计算的基础上,提出对电解电容选型和系统设计优化方案,以有效提升轨道交通系统的可靠性。

基于电解电容实时寿命估算的压缩机频率动态调节研究与应用

家用空调器在高温下制冷量范围的限制因素之一是室外机驱动板上电解电容寿命。目前一般通过限定压缩机运行频率的方式保障电解电容寿命,但造成了空调器制冷能力的浪费。通过评估电解电容寿命的影响因素,分析了电解电容表面温度、自身温升与寿命的关系。无需更改或增加硬件传感器,提出了电解电容纹波电压估算温升和线性拟合估算表面温度的方法,实时估算电解电容寿命,进而动态调节压缩机在高温制冷时运行频率。实现根据用户的使用情况调节压缩机运行频率,对大部分用户可实现提升高温下空调制冷量5%以上。

单级单相无电解电容Buck-Boost逆变器

该文给出一种无电解电容的单级单相Buck-Boost逆变器。该逆变器可以灵活地实现升降压以适应宽输入范围的直流侧电压;仅用一个工作于正负半周的低值直流储能电感而无需电解电容和大电感,开关器件和无源器件数目少,因而降低了成本和体积,提高了可靠性、使用寿命和功率密度;通过改变储能电感电流方向实现极性反转,控制方式十分简洁,非常适用于中小功率光伏系统。该文详述了Buck-Boost逆变器的工作原理、升降压能力及调制策略,并在此基础上,完成该逆变器升降压、扰动以及并网控制的仿真和实验,结果良好且与理论分析相契合。

一种适用于电动汽车的无电解电容单级双向AC/DC变换器

针对电动汽车充电电源额外热量产生影响电池使用寿命的问题,提出一种无电解电容隔离式单级双向AC/DC变换器。该变换器能有效阻止低频功率纹波注入电池单元,减少了额外热量的产生;同时电解电容的消除也大大提高了系统的可靠性。控制策略方面,提出的一种四相控制器,不仅能使所有开关管实现零电压开关(Zero Voltage Switch,ZVS),并在导通损耗进行了性能优化。最后,通过PSIM仿真软件和实验样机,验证了理论分析的正确性和可行性。

单级无电解电容LED驱动电路及控制策略研究

为了消除电解电容对LED驱动电源使用寿命的影响,提出一种基于反激结构的单级无电解电容LED驱动电路拓扑及控制策略。该电路拓扑是在反激变换器的输入端串接辅助储能电路,通过控制辅助储能电容的充放电,实现瞬时输入输出功率的平衡,从而抑制输出电流的低频纹波。详细介绍了该电路拓扑的工作原理;结合输出电流低频纹波产生机理,分析了辅助储能电容充放电的控制规律,给出具体的控制实现方法,并对电路关键参数进行设计,最后研制出一台30 W数字控制的单级无电解电容LED驱动电源样机。实验结果表明,所提电路方案辅助储能电容和输出滤波电容均可降至6.8μF,输出电流纹波可降至16%。通过使用薄膜电容代替传统的电解电容,提高了LED驱动电源的使用寿命。

无电解电容永磁电机高功率因数控制策略

无电解电容驱动系统常采用体积小,寿命长的薄膜电容贮存网侧输入能量,但该拓扑结构易引起网侧输入功率和逆变器侧输出功率耦合的问题。针对无电解电容驱动电路中由于功率耦合导致的网侧谐波含量多和功率因数降低的问题,提出了一种基于二阶广义积分锁相环和比例积分谐振控制器的带相位补偿的逆变器输出功率控制策略以改善网侧电流品质。首先,通过分析无电解电容驱动系统的电路拓扑结构,明确无电解电容驱动系统高功率因数条件;其次,利用二阶广义积分锁相环获取网侧电压的相位与幅值信息,并利用基尔霍夫电流定律计算逆变器输出功率相位补偿角;然后,建立了基于比例积分谐振控制器的逆变器输出功率控制回路,将逆变器输出功率调节接近理想值。最后,对比实验结果验证了所提方案的有效性。

无电解电容五相永磁同步电机驱动系统主动阻尼控制策略

无电解电容电机驱动系统具有体积小、寿命长、可靠性高的优点。然而采用薄膜电容的电机驱动系统可能会出现直流母线电压不稳定的问题,主要表现为薄膜电容与网侧电感容易产生LC谐振导致直流母线电压出现过电压现象,且现有的谐振抑制策略广泛应用于三相电机,而对于五相永磁同步电机的无电解电容谐振抑制策略应用较少。为此,针对五相永磁同步电机提出一种主动阻尼的谐振抑制策略。首先基于简化驱动电路的传递函数分析了系统的不稳定性和LC谐振并构建五相永磁同步电机数学模型;其次介绍了主动阻尼电流具体的实现方式;最后将阻尼电流转化为电压指令构建反馈回路实现母线电压谐振抑制,并在仿真中验证了该方法的有效性。

基于非线性维纳过程的电解电容剩余寿命预测

电解电容作为地铁列车牵引逆变系统中最重要的元器件之一,其性能好坏直接影响列车运行。针对电解电容剩余寿命预测问题,以电解电容的容值作为其性能退化指标,构建三种非线性维纳过程模型描述总体电容的退化进程。鉴于模型参数求解复杂,提出两步极大似然估计法结合遗传算法求解退化模型参数。基于目标电容的退化数据,利用贝叶斯公式实时更新模型参数,同时推导目标电容剩余寿命的概率密度函数并预测剩余寿命。最后通过NASA电解电容实测数据,验证了三种非线性模型的优劣,其中幂函数模型、幂函数与线性函数结合模型的总均方误差分别比指数函数模型高了111.0651和92.4321。此研究可为制定地铁列车电解电容维修策略提供参考。

单级式两开关无电解电容LED驱动电路

电解电容寿命是影响传统发光二极管(LED)驱动电源使用年限的主要原因。因此,本文提出了一种将反激变换电路与辅助储能电路高度集成的单级式两开关无电解电容LED驱动电路拓扑,并在此基础上提出了一种适应于该拓扑结构的控制策略,通过控制两个开关管同时关断时间与两个开关管同时导通时间,来控制储能电路充电和放电过程,进而平衡输入瞬时功率和输出恒定功率的脉动差,抑制了输出电流低频纹波。辅助储能电路吸收了引起电压尖峰的漏感能量,降低了开关管的电压应力。最后,本文通过30 W的实验样机验证了LED驱动电路的可行性和可靠性。

基于LCL恒流谐振网络的无电解电容LED驱动电路研究

LED驱动器中电解电容寿命较短,与LED灯的长寿命不匹配,限制了LED照明光源的长时间使用。基于LCL谐振变换器的恒流特性,提出一种脉动电流驱动的两级无电解电容LED驱动电路方案。通过将LED电流与功率因数校正PFC(power factor correction)输出电压加权反馈调节PFC输出电压,并使LED灯以脉动电流方式工作,从而减小所需的储能电容大小,提高输出电流的恒流精度。详细介绍了无电解电容LED驱动电路的工作原理和控制策略,给出了关键参数的设计思路。最后设计了一台100 W的原理样机,并进行了实验测试。实验结果验证了所提方案是可行的。

无电解电容两级式逆变器控制策略与仿真计算研究

现行逆变器中电解电容的故障率较高,逐渐凸显为影响电网逆变器实际使用寿命的技术瓶颈。为减小电压纹波,在两级式逆变器中加入解耦变换器,并采用MATLAB软件搭建了一种单相两级式逆变器并联解耦电路仿真模型,通过对比加解耦电路前后两级式逆变器的变化,得出增加解耦变换器对于减小母线电压纹波有明显的效果,验证了无电解电容两级式逆变器控制策略的有效性,相关研究结论可为电力工程逆变器的设计提供参考。

无电解电容变频器的母线电压振荡抑制研究

针对传统电解电容变频器体积大、使用寿命短的问题,采用薄膜电容代替电解电容构成无电解电容交-直-交结构的变频器。针对无电解电容变频器V/F运行在低频过程中母线电压振荡的问题,首先根据感应电机的等效电路模型分析不同工作模式下的母线电压纹波和谐振特性,采用劳斯稳定判据分析无电解电容驱动系统的稳定条件;其次根据无电解电容驱动系统的数学模型,分析振荡过程中母线电压和定子无功电流的关系;最后提出基于定子电压定向的无功电流反馈控制策略抑制母线电压振荡,提高系统稳定性。仿真和实验结果表明,所提控制策略能够在全域范围内实现感应电机的稳定运行,有效提高系统稳定性。

无电解电容三相永磁同步电机驱动系统控制策略研究

无电解电容三相永磁同步电机驱动系统具有寿命长、功率密度高等优点。本文分析无电解电容三相永磁同步电机驱动系统的基本结构和工作原理;详细分析电网侧输入功率与电机交轴电流关系,提出q轴电流给定控制策略;利用直流母线电压限制电压条件,提出简单有效的d轴电流给定控制策略;为提高电网侧功率因数,提出加入陷波器滤除交直轴给定电压中的特定次谐波分量。仿真结果表明,该控制策略能够有效的降低电网侧输入电流畸变率。

无电解电容LED驱动电源纹波补偿控制策略分析

对LED驱动电源纹波的补偿控制进行研究。采取综述法,首先论述课题研究背景,并对使用的关键技术进行介绍,通过优化电路结构、使用无电解电容,使LED电源具有较高功率,满足高效率使用要求。基于对谐波注入技术的应用,实现脉动电流峰值控制目标;RCC方案能够有效减少纹波;主动补偿措施则实现控制效果最大化,使驱动电源具有低成本特点。研究结果可应用在LED电源驱动中,使得行业中大体积、寿命短电解电容被成功替换,并确保电路拓扑结构优化,满足补偿控制技术标准。

三相无电解电容变频器在空调中的应用

空调控制器采用大容量电解电容进行储能滤波,同时也受到其高成本、大体积和低寿命的制约,限制空调控制器小型化和系统可靠性。近年来提出无电解电容的永磁同步电机控制方案,输入侧和负载侧功率耦合影响系统稳定性。本文重点分析了无电解电容方案对系统稳定性的影响,通过增加虚拟电阻来等效阻尼功率进而降低LC电路谐振对系统稳定性的影响。采用过调制控制算法提高母线电压利用率。最后通过实验证明增加系统阻尼功率可以降低母线电压波动,提高系统稳定性。

无电解电容单相电力变换器直接脉动功率控制方法

在单相电力变换系统中,大容量电解电容常用于消除交流侧与直流侧瞬时功率不平衡所产生的直流侧二次纹波电流以及交流侧低次谐波引起的直流侧谐波电流。然而电解电容的使用会直接降低系统工作效率,缩短使用寿命,给单相电力变换系统带来不良影响。针对该问题,文中首先将直流侧谐波(由交流侧基波和谐波引起的直流侧谐波成分)抑制的本质归纳为脉动功率的减弱、转移和就地补偿,基于此分析提出将脉动功率控制在交流侧,通过控制交流侧串联交流电容瞬时功率直接就地补偿而不在直流侧补偿的直接脉动功率控制思路,并总结出适用于交流侧直接脉动功率控制的电路结构特征。基于该电路结构推导出补偿多次谐波引起的交流侧脉动功率的控制函数,提出适用于多模块串联结构的无电解电容单相电力变换器(整流和逆变)直接脉动功率控制策略。该方法在不增加硬件成本的条件下保证电能质量,同时在交流侧对脉动功率进行直接就地补偿,缩短了脉动功率流通路径,提高了系统的效率。通过实验验证了所提方法的有效性。

电解电容与薄膜电容的对比分析

在综合现有文献基础上,对电解电容与薄膜电容的优缺点进行了对比分析。首先,分析了影响铝电解电容寿命的主要因素,给出了对电解电容寿命进行估算的方法。然后,针对交-直-交电力电子变换器,在综合考虑电容容值、电流有效值、过电压、负载功率等多因素的情况下,对直流支撑电容进行了设计,说明了在功率变化电路中薄膜电容远优于电解电容。最后,针对两类大型电力电容器,分别采用电解电容方案与薄膜电容方案进行了对比设计。结果表明:与电解电容方案相比,薄膜电容方案不仅具有寿命长、耐压高、电流承受能力强、能承受反压、无酸污染并且可长时间存贮等诸多优点,而且在体积上也明显小于电解电容方案。